[发明专利]相位失衡监测装置、振幅失衡监测装置及使用它们的装置

说明书

技术领域

本发明涉及需要监测相互正交的两路信号的失衡的装置，尤其涉及 光通信系统中的相位失衡监测装置和振幅失衡监测装置，以及具有相位 失衡监测装置或振幅失衡监测装置的接收机。

背景技术

随着对光通信系统的容量要求和灵活性要求的逐步提高，相干光通 信技术变得越来越重要。和已在光通信领域得到广泛应用的非相干技术 (比如“开-关”键控(on-off key，OOK))或自相干技术(如差分四相 相移键控(DQPSK))相比，相干技术有如下优点：3dB的光信噪比(OSNR) 增益；可以方便地采用均衡技术；可以采用更高效的调制技术(如正交 调制(QAM))。

相干接收机中的一个重要器件是混频器，比如由Optoplex公司提供 的产品。由于器件的限制，混频器的同相路输出I和正交路输出Q之间 的相位不是严格的90度，其偏差称为IQ相位失衡。另外，两路的功率 也会略有不同，其偏差称为IQ振幅失衡。这些失衡会导致系统性能的下 降，所以相干接收机需要检测失衡并对其进行补偿。

图1示例性地示出了依据现有技术的相干接收机的结构示意图。如 图1所示，接收机包括光90°混频部102、本机振荡部103、PD部104、 105、恢复器106、I/Q相位失衡监测部107、I/Q振幅失衡监测部109， 控制部108和110。

所接收的光信号101和本机振荡部103的输出被输入到光90°混频部 102。该光90°混频部102产生4个光信号，即S+L、S-L、  S+jL、以及 S-jL，其中S是接收的光信号，而L是本机振荡部103的输出，j表示90° 相移。光90°混频部102例如可以是Celight公司提供的产品。PD 104和 105将这四个光信号转换为两个电信号。具体地，例如PD104将S+L和 S-L转换为I路信号、PD105将S+jL和S-jL转换为Q路信号。I路信号 与Q路信号是理论上应正交的信号。恢复器106利用载波相位恢复器、 匹配滤波器、数据恢复器等恢复I路和Q路信号中的数据。恢复器既可 以在模拟域中实现，也可以在数字域中实现。如上所述，由于该光90° 混频部102的硬件性能等原因，I和Q会出现相位失衡和振幅失衡。如图 1所示，由I/Q相位失衡监测器107对相位失衡进行监测，由I/Q振幅失 衡监测部109对振幅失衡进行监测。并分别由控制部108和110根据I/Q 相位失衡监测器107和I/Q振幅失衡监测部109的监测结果，对光90°混 频部102进行控制，从而对监测出的相位失衡和振幅失衡进行补偿。具 体地，当I/Q相位失衡为正时，控制部向光90°混频器的相位控制端口输 出正电压，减少Q路(或I路)的相移；反之亦然。

在对相位失衡和振幅失衡的监测方面，目前使用的技术有“Digital filter equalization of analog gain and phase mismatch in I-Q receivers”Fred Harris，5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications，1996中所述的技术，以及由US patent 6,917,031 B1 “method for quadrature phase angle correction in a coherent receiver of a dual-polarization optical transport system”所述的技术。这两者都在数字域 计算I和Q的互相关，当相位失衡为0时，互相关也为0，并且互相关正 比于相位失衡。Harris的文章用了反馈的数字补偿环，而专利6,917,031 B1 用了前向数字补偿方法。Harris的文章也提供了一种IQ振幅失衡的监测 和补偿方法。以上各种方法都需要复杂的数字信号处理，比如复数乘法、 平方。一些系统(例如光通信系统)的码率很高，比如43Gbit/s。在这样 的高速信号下，数字信号处理是很困难的事情，所以以上这些传统电通 信系统的方法很难适用。

另外，在模拟的信号方面，由于光通信系统的容量可以大至43Gbit/s， 因而I路和Q路的带宽可达20GHz或更高。因而，如果直接将上述文献 中描述的方法应用于模拟信号，则需要相关部件的乘法器具有大约 20GHz的带宽，这样的模拟乘法器很难实现。

发明内容